反渗透技术在海上多元热流体热采中的应用

2017-03-15 09:59:27 3

  海上多元热流体热采技术是一项新的稠油开采技术,该技术目前已在渤海海域的南堡35-2油田、旅大油田等稠油油田进行了应用,效果明显,能大幅度提高稠油井的采油量〔1, 2〕。该项技术的原理:在高压燃烧室内注入工业柴油(原油或天然气)作为燃料,同时注入高压空气及高压水,燃烧产生的热量将高压水汽化,并将燃烧产物和高压水蒸汽(即多元热流体)通过管线一起注入井底。多元热流体由于携带了大量热量及CO2溶解气,能显著降低地层原油黏度,从而提高油田产油速度和最终采收率。多元热流体技术流程如图 1所示〔3, 4, 5〕。

 图 1 多元热流体技术流程

  在多元热流体技术中,水起到了两方面的重要作用:一是用来冷却高压燃烧室,使燃烧室的温度保持在350 ℃以下,防止温度过高造成设备损坏;二是作为热量的主要载体,用于加热油层,降低原油黏度。当低温的水经过燃烧室后,温度升高变为高温水或水蒸汽,并与燃烧产物一起注入管柱。如果进水矿化度偏高,易在发生器内结垢,造成流道堵塞,降低加热效率,因此,多元热流体发生器对进水有严格的标准,要求水质干净、低硬度、低矿化度。

  1 水源选择及水质要求

  多元热流体的水源选择需要考虑以下3点:(1)水源可取量大,系统每日消耗处理后的水为150~300 m3;(2)水处理设备占地面积小,平台能够摆放;(3)成本较低,经济性好。根据以上几点,目前可选取的水源有2种:地热水及海水。针对不同的水源,需选择相对应的水处理设备,使净化之后的水能达到多元热流体发生器的供水指标。水源水质及多元热流体发生器的供水 指标见表 1。

  2 水处理系统

  2.1 地热水处理系统

  地热水处理流程如图 2所示。

 图 2 地热水处理流程

  地热水处理系统包含3个单元,分别为预处理单元、换热单元、反渗透单元。预处理单元包括增压泵、脱气罐、沉淀池、过滤器等,脱气罐用于去除H2S及其他伴生气;沉淀池用于去除大颗粒悬浮物、沙石;过滤器用于去除悬浮物、胶体、有机物及其他粗级杂物。

  地热水的原始温度为65~75 ℃,而反渗透膜的工作温度为5~45 ℃;同时,进入多元热流体发生器的水温越高,其加热到设定出口温度消耗的燃料越少,综合考虑,换热单元采取了2套板式换热器方式。即预处理后的水经过1号换热器将水温初步降低后,再经过2号换热器用海水再次降温。经过2次换热后,水温降至35 ℃以下,进入反渗透处理单元。反渗透出水进入1号换热器,再将温度升高至55~60 ℃后进入水箱,最后注入多元热流体发生器。

  反渗透处理单元包括过滤、除盐、加药、药冲洗和电控共5个系统,其中过滤系统对水作进一步的过滤处理;除盐系统采用单级反渗透系统;加药系统进行pH调节与加入阻垢剂等。经过反渗透处理的浓水则直接排海。

  针对地热水矿化度高的特点,反渗透膜选用的是海德能公司PROC10系列芳香族聚酰胺复合材料膜。该膜具有运行压力低、除盐性能好、不易污堵、技术性能稳定、抗污染性好等特点。该膜的平均脱盐率为99.75%,单支膜平均产水量为39.7 t/d,最高进水压力为4.14 MPa,进水隔网厚度为0.863 6 mm ,直径为203 mm,单支膜元件回收率为15%。该处理系统设计产水480 m3/d,设计回收率为60%。

  2.2 海水处理系统

  海水处理流程如图 3所示。

 图 3 海水处理流程

  海水处理系统相对简单,由于作业期间海水温度为15~25 ℃,因此无需换热单元,海水经过过滤、增压后可直接进入反渗透处理单元。需要指出的是,由于海水的浊度与硬度均远高于地热水,因此过滤设备与反渗透设备需要及时更换与清洗。为了达到相同的制水水量要求,海水的反渗透膜组数量也远高于地热水的膜组数量。

  针对海水淡化的特点,反渗透膜选用的是海德能公司SW系列海水淡化膜。该膜适用于海上和陆地安装,具有耐压能力高、运行成本低、除盐性能好、脱盐效果稳定等特点。该膜为进水隔网厚度0.863 6 mm 、直径203 mm、长度1 000 mm的卷式组合,其平均脱盐率为99.8%,单支膜平均产水量为34.1 t/d,最高进水压力为6.5 MPa,进水温度为5~45 ℃。系统设计产水20 m3/h,设计回收率为50%。

  3 反渗透系统运行情况

  目前,这2套系统均已得到了良好的应用。其中,地热水处理系统已经在南堡35-2平台进行了固化,并单独设置了反渗透处理操作间(见图 4)。地热水处理系统自2008年至今共完成了20口井次的作业,每口井次提供2 000~5 000 m3的反渗透水,已累计制反渗透水64 000 m3。设备运行期间,定时对处理后的水进行取样检测,检测结果均达到多元热流体发生器的供水指标,效果良好。

  海水处理系统于2013年在旅大5-2N、旅大16-1区块进行了现场作业,分别提供了2 000 m3和1 500 m3的反渗透水。由于要求海水处理系统能够方便地吊装于可移动的自升式平台 上,因此将其做成2~3个集装箱的形式,方便船舶的运输和平台的安装(见图 4)。现场应用情况表明,反渗透系统运行良好,制水量稳定,能够保证多元热流体技术的顺利实施。具体参见污水技术资料更多相关技术文档。

  图 4 现场照片(左为地热水处理操作间,右为海水处理集装箱

  4 结论

(1)首次将反渗透技术应用于海上多元热流体热采技术中。通过对海上油田实际情况进行分析,最终选择地热水和海水作为反渗透处理的水源,并针对2种水源的性质设计了2套水处理系统。

(2)地热水处理系统的换热单元采取了2套板式换热器设计,不仅保护了反渗透膜的正常工作,同时最大限度地利用了地热水的热能,即提高了多元热流体发生器的供水温度,降低了多元热流体的燃料消耗,节约了成本。

(3)现场的应用情况表明,2套水处理系统运行稳定,制水良好,保证了海上多元热流体技术的顺利开展,为稠油增产提供了强有力的支撑。

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